甘薯交替氧化酶基因家族生物信息学与表达分析

摘要

为分离甘薯[Ipomoea batatas(L.)Lam.]交替氧化酶(AOX)基因家族成员,分析其在甘薯应答生物和非生物胁迫中的响应模式,本试验在筛选甘薯基因组的基础上,进行基因克隆和测序,最终从心香甘薯中获得3个AOX基因家族成员。基因结构分析结果表明,3个甘薯AOX基因的cDNA全长依次为963、1080和1032 bp,分别编码320、359和343个氨基酸,均含4个外显子和3个内含子,将其分别命名为IbAOX1a(GenBank登录号:MT992313)、IbAOX1b(GenBank登录号:MT992314)和IbAOX2(GenBank登录号:MG450566.1)。蛋白同源性分析结果显示,甘薯AOX蛋白序列在C端十分保守,仅在N端有较小差异,且序列中都存在特有的EXXH、FXHR和EEE-Y铁离子结合保守结构域。亚细胞定位预测结果表明该基因家族成员主要定位在线粒体。蛋白质二级结构预测表明,该基因家族成员主要以α-螺旋、β-转角、延伸链和不规则卷曲为主。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析结果表明,IbAOXs基因的表达具有组织特异性,IbAOX1a在叶片中表达最高,IbAOX1b和IbAOX2在块根中高表达,IbAOX1a和IbAOX2在花蕾中几乎不表达。IbAOX1a和IbAOX1b在低温、干旱和盐胁迫的幼苗中均表达上调。IbAOX1a在低温块根中的表达高峰显著高于IbAOX1b,而在腐皮镰刀菌(Fusarium solani)侵染的块根中IbAOX1b的表达量显著高于IbAOX1a。无论在甘薯幼苗或块根中,IbAOX2对各种胁迫都没有响应,呈现组成型表达模式。本研究为甘薯AOX基因的功能挖掘及甘薯抗逆品种筛选提供了一定的理论依据。